Uma equipe internacional de astrônomos liderada por pesquisadores da Universidade Waseda e da Universidade Tohoku identificou um quasar incomum no universo primitivo que contém um dos buracos negros supermassivos de crescimento mais rápido conhecido pelo seu tamanho. Os dados do Telescópio Subaru mostram uma combinação surpreendente de características. O quasar atrai matéria a velocidades excepcionalmente altas, emite raios X intensos e lança um poderoso jato de rádio. Muitas teorias existentes sugerem que estas características não deveriam aparecer juntas, tornando este objeto um achado raro e revelador. Estas observações fornecem uma nova visão sobre como os buracos negros supermassivos puderam crescer tão rapidamente nos primeiros dias do Universo.
Buracos negros supermassivos, com milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, são encontrados nos centros da maioria das galáxias. Eles aumentam de tamanho, absorvendo o gás circundante. À medida que este material espirala para dentro, forma um disco de acreção rotativo e pode alimentar uma região compacta de plasma extremamente quente conhecida como coroa (a principal fonte de raios-X). Em alguns casos, o sistema também produz um jato estreito que brilha intensamente em comprimentos de onda de rádio. Quando os buracos negros estão se alimentando ativamente e brilham intensamente, eles são conhecidos como quasares. Uma grande questão sem resposta permanece como alguns destes gigantes se tornaram tão massivos tão cedo na história cósmica.
Excedendo o limite de crescimento de um buraco negro
Uma explicação proposta para o rápido crescimento inicial é o acréscimo de super-Eddington. Sob condições padrão, a radiação emitida pelo material em queda viaja para fora, limitando a taxa de crescimento do buraco negro. Este limite teórico é conhecido como limite de Eddington. Algumas condições extremas, no entanto, podem permitir que os buracos negros excedam este limite por curtos períodos, resultando numa acumulação de massa muito rápida.
Para descobrir se tal crescimento ocorreu no universo primitivo, os pesquisadores usaram o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (MOIRCS) do Telescópio Subaru. Rastreando o movimento do gás próximo ao quasar e analisando a linha de emissão de Mg II (2.800 Å), eles estimaram a massa do buraco negro. Os resultados apontam para um buraco negro supermassivo que existiu há cerca de 12 mil milhões de anos e que está a acumular matéria cerca de 13 vezes o limite de Eddington, com base em medições de raios-X.
Um quasar que corresponde às expectativas
O que faz esse objeto se destacar é como ele se comporta em diferentes comprimentos de onda de luz. Muitos modelos teóricos prevêem que durante o crescimento do super-Eddington, mudanças na estrutura interna do fluxo de acreção deveriam enfraquecer a emissão de raios X e suprimir a atividade do jato. Em vez disso, este quasar permanece brilhante em raios X e, ao mesmo tempo, fortemente radioativo. Os dados obtidos indicam que o buraco negro está crescendo extremamente rápido, mantendo uma coroa ativa e um jato poderoso. Esta combinação incomum aponta para processos físicos que os modelos atuais ainda não explicam completamente.
A equipe sugere que o quasar pode ser observado durante um breve período transitório, talvez após um súbito influxo de gás. Neste cenário, o rápido aumento do material disponível leva o buraco negro a um estado super-Eddington. Por um tempo limitado, a coroa emissora de raios X e o jato de rádio permanecem em altos níveis de energia antes que o sistema transite gradualmente para um modo de acreção mais típico.
Se esta interpretação estiver correta, o objeto proporciona uma rara oportunidade para estudar o crescimento de um buraco negro à medida que muda ao longo do tempo no Universo primitivo, um passo importante para explicar como os buracos negros supermassivos se formaram tão rapidamente.
Implicações para a evolução da galáxia
Um forte sinal de rádio indica que o jato carrega energia suficiente para afetar o ambiente ao seu redor. Esses jatos podem aquecer ou destruir o gás na galáxia hospedeira, afetando potencialmente a formação de estrelas e determinando como as galáxias e os seus buracos negros centrais evoluem em conjunto. A relação entre o crescimento do super-Eddington e o feedback do jato ainda não é bem compreendida, e este quasar é um ponto de referência valioso para testar novas ideias.
A autora principal Sakiko Obuti (WASEDO UNIVERSITY) diz:
“Esta descoberta pode aproximar-nos da compreensão de como os buracos negros supermassivos se formaram tão rapidamente no Universo primitivo. Queremos investigar o que proporciona a emissão invulgarmente forte de raios-X e rádio e se objetos semelhantes estavam escondidos nos dados da pesquisa.”
Os resultados foram publicados como Obuchi et al. “Descoberta de um quasar radio-alto brilhante em raios X em z = 3,4: uma possível fase de transição de superedington” em Revista astrofísica 21 de janeiro de 2026
O estudo foi apoiado por Grants-in-Aid for Scientific Research (Grants Nos. 25K01043, 23K13154, 22H00157), pelo Programa JST FOREST (JPMJFR2466) e por uma bolsa de pesquisa da Fundação Inamori.
O Telescópio Subaru é um grande observatório óptico-infravermelho operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão, Instituto Nacional de Ciências Naturais, com o apoio do Projeto MEXT para Avançar Fronteiras Científicas Amplas. A equipe reconhece e respeita o significado cultural, histórico e natural de Maunakea, no Havaí, de onde foram feitas estas observações.
